Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006), страница 3

что такое триггер, счетчик, регистр, логическая схема и т.п. Подробнее о работе всех этих компонентов можно узнать из последующих разделов книги. Здесь же рассмотрим только основные понятия. Триггер представляет собой электронную схему, которая может находиться в одном из двух устойчивых состояний «О» и «1». Внешними сигналами можно переводить триггер из одного состояния в другое. Регистр — это несколько определенным образом соединенных триггеров, т.е.

можно записать двоичное слово в регистр, прочитать его, сдвинуть, инвертировать. Счетчик позволяет определить число поступивших на него сигналов. Он также строится на основе триггеров. Логическая схема реализует определенную логическую функцию, т.е. формирует выходной сигнал при определенных комбинациях сигналов на ее входах. Продолжим рассмотрение работы простейшего компьютера. Содержимое счетчика команд (СчК; его называют также! пз1пюйоп ро)пгег — 1Р) процессора передается по адресной шине на регистр адреса (РгА) основной памяти (рис.

1.3). В момент включения компьютера в счетчике команд всегда находится один и тот же начальный адрес. Таким образом, запрашивается содержимое ячейки памяти с этим начальным адресом, принадлежащим В10$. Как правило, эта ячейка содержит код команды безусловного перехода, служащей для изменения содержимого счетчика команд. Этот код передается на регистр команд (РгК) процессора по шине данных. Содержимое ячейки памяти поступает на РгК, поскольку запрос к памяти произведен из счетчика команд; это обязательное требование для любого компьютера традиционной архитектуры. Регистр команд процессора, в свою очередь, состоит из нескольких регистров — регистра кода операции (РгКОП) и регис- 11 Рис.

1.3. Передача команд из ОП в ЦП тров адресов процессора (РгАП). Часть слова (содержимого ячейки ОП, к которой произведено обращение), попавшая в регистр кода операции, передается в блок управления (БУ), вырабатывающий последовательность управляющих сигналов. Когда выполняется команда безусловного перехода, вторая адресная часть слова, попавшая в один из регистров адреса процессора, под управлением сигналов с БУ передается вновь на счетчик команд.

Эта команда одноадресная, т.е. ее адресная часть содержит только один адрес. На этом и завершается ее выполнение. Блок управления формирует сигнал об окончании выполнения команды, а содержимое СчК вновь передается на РгА памяти, т.е. происходит запрос следующей команды. Таким образом, процедура обращения к памяти повторяется. Содержимое ячейки памяти, к которой произведено повторное обращение, рассматривается в качестве новой команды, т.е.

вновь загружается на РгК процессора. Обычно вторая команда служит для начала загрузки ОЗУ с магнитного диска; она уже не является командой безусловного перехода. При ее выполнении под управлением кода операции (часть команды, попавшая на РгКОП) вырабатываются иные управляющие сигналы, а содержимое первого регистра РгАП, представляющего собой часть РгК, передается на адресный регистр памяти и рассматриваетсд в качестве адреса первого операнда. Для ОЗУ безразлично, откуда пришел запрос — из счетчика команд или адресного регистра, поэтому в регистре данных (РгД) памяти слово формируется так же, как и раньше. Однако в процессоре оно помещается на первый регистр данных АДУ, поскольку запрос этого слова поступил из адресного регистра РгАП. Затем блок управления формирует аналогичные сигналы для передачи на РгА памяти содержимого второго РгАП; в результате содержимое ячейки памяти с адресом, находящимся в РгАП, поступает на второй регистр данных арифметического устройства.

Затем блок управления вырабатывает сигналы в зависимости от кода операции в РгКОП, подает их в АЛУ, которое выполняет соответствующую операцию, а ее результат помещает в выходной регистр-аккумулятор. После этого содержимое регистра-аккумулятора передается в ячейку памяти, адрес которой обычно находится в первом РгАП, т.е. выполняется еще одно обращение к ОП. Информация из регистра-аккумулятора передается на шину данных, а адрес ячейки из РгАП вЂ” на адресную шину.

В зависимости от конструкции машины, числа адресов в выполняемой команде (адресности) и других особенностей, содержимое регистра-аккумулятора может сохраняться в нем, передаваться в ячейку ОП по адресу, находящемуся в первом или втором РгАП. После сохранения содержимого регистра-аккумулятора к счетчику команд (СчК) добавляется длина текущей команды в байтах (часто говорят «единица»), чтобы обратиться к следующей ячейке памяти, и начинается новый цикл выполнения очередной команды. Таким образом, выполнение программы происходит последовательно: каждый раз в машине реализуется лишь одна команда, попадающая в регистр команд из ОП. Чтобы увеличить производительность компьютера, нужно либо повысить скорость выполнения команды, либо выполнять несколько последовательных команд одновременно.

Повышение скорости выполнения команды связано с улучшением технических характеристик и увеличением быстродействия всех компонентов, входящих в компьютер— ЦП, ОП, шин интерфейсов, устройств ввода-вывода. Но увеличение скорости выполнения команды принципиально ограничено— скорость распространения сигналов в машине не может превышать скорость света, а длина пути определяется числом вентилей и применяемой технологией. Второй путь, заключающийся в параллельном выполнении нескольких команд, наиболее перспективен.

Однако и он обладает рядом ограничений, которые мы рассмотрим далее. 1.3. Программное обеспечение компъютера Компьютер — это сложное сочетание аппаратных и программных средств, но пользователи обычно даже не заинтересованы в их понимании. Для них компьютер является инструментом, с помощью которого они намерены решить конкретную прикладную задачу, т.е.

разработать и отладить программу, а затем ввести конкретные данные и выполнить ее. Программное обеспечение (ПО) призвано ускорить и упростить этот процесс, а также организовать более полное использование аппаратных средств компьютера. В настоящее время уже никто не пользуется «голой» ап- 13 паратурой, программируя задачу в кодах машины.

Программу составляют на языке высокого уровня, например С++ или Паскале, а затем эта программа транслируется на внутренний язык компьютера. Обычно программные средства условно делят на три группы: операционные системы, программы технического обслуживания и пакеты прикладных программ. Вся работа компьютера осуществляется под управлением операциопиой системы (ОС) — комплекса программ, предназначенного для распределения ресурсов компьютера, управления режимами его работы, облегчения подготовки программ, организации их выполнения и общения пользователя с компьютером. В этот комплекс входят трансляторы с определенных языков программирования.

Все персональные компьютеры имеют трансляторы с Паскаля, С++ и некоторых других языков, а конвейерно-векторные— трансляторы с Фортрана. При работе компьютера возникает множество задач по планированию работы процессора, распределению и защите памяти, управлению периферийными устройствами и т.п.

Но пользователи не имеют прямого доступа к отдельным устройствам компьютера. Связь их с этими аппаратными средствами осуществляется также при помощи программ ОС. Обычно ОС имеет определенный графический интерфейс, с помощью которого пользователь выбирает необходимые для него действия. В персональных компьютерах 1ВМ РС таким графическим интерфейсом де-факто служит заставка одной из ОС М1сгозой %1пбочз. Даже если используются ОС Е!пцх, Зо1апз или какая- либо иная, при включении компьютера в начале работы все равно появляется такая заставка. Программы технического обслуживания предназначены для упрощения трудоемкости при эксплуатации компьютера.

В состав таких средств входят программы проверки работоспособности компьютера (такие программы обязательно выполняются при включении компьютера в работу), диагностирования неисправностей, выявления имеющихся периферийных устройств и их состояния. В современных персональных компьютерах эти программы входят в состав базовой системы ввода-вывода В103 и выполняются при включении компьютера в работу. (Программы технического обслуживания в мейнфреймах обычно представляют собой часть ОС.) Пикеты прикладных программ — это комплекты программ, предназначенные для решения часто встречающихся классов задач и расширения функций ОС, например для управления базами данных.

Наличие пакетов прикладных программ значительно упрощает и ускоряет процесс программирования. 14 1.4. Надежность, производительность, быстродействие и его показатели Надежность. Отказы компьютера могут оказать критическое влияние на работу информационно-справочной системы или системы управления. Отказ компьютера в информационно-справочной системе приводит к задержке получения ответа, иногда весьма длительной, что может вызвать большие экономические потери. 3адержка в выдаче управляющего воздействия в результате отказа компьютера приводит к потере управления, разрушению технологических установок, срыву выполнения задания, т.е. к значительным потерям, а в некоторых случаях и к экологическим катастрофам. Современные технологии не позволяют полностью избавиться от отказов в аппаратуре и ошибок в программах даже при значительных затратах, но ряд мер технического и организационного характера способны снизить их интенсивность.

Надежность — это свойство компъютера сохранять свою работоспособность, т.е. выполнять возложенные на него функции. Однако в работе компьютера возможны ошибки, которые подразделяют на систематические, возникающие в результате отказов, и случайные, возникающие в результате сбоев. Отказ — это утрата возможности выполнения требуемой функции, а сбой — кратковременное нарушение правильной работы аппаратуры (может быть вызвано искрением, вибрацией, внешними помехами и т.п.).